Редактордун эскертүүсү: Электр технологиясы – бул жашыл жердин келечеги, ал эми батарея технологиясы – бул электр технологиясынын пайдубалы жана электр технологиясынын кеңири масштабдуу өнүгүшүн чектөөнүн ачкычы. Учурдагы негизги батарея технологиясы – бул жакшы энергия тыгыздыгына жана жогорку натыйжалуулугуна ээ болгон литий-иондук батареялар. Бирок, литий – бул жогорку баасы жана чектелген ресурстары бар сейрек кездешүүчү элемент. Ошол эле учурда, кайра жаралуучу энергия булактарын колдонуу өскөн сайын, литий-иондук батареялардын энергия тыгыздыгы жетишсиз болуп калды. Кантип жооп берүү керек? Маянк Джайн келечекте колдонулушу мүмкүн болгон кээ бир батарея технологияларын карап чыкты. Түпнуска макала медиумда: Батарея технологиясынын келечеги деген аталыш менен жарыяланган.
Жер энергияга толгон жана биз ал энергияны чогултуу жана аны жакшы пайдалануу үчүн колубуздан келгендин баарын жасап жатабыз. Кайра жаралуучу энергияга өтүүдө жакшыраак иш жасаганыбыз менен, энергияны сактоодо анчалык деле ийгиликке жетише элекпиз.
Учурда батарея технологиясынын эң жогорку стандарты литий-иондук батареялар болуп саналат. Бул батарея эң жакшы энергия тыгыздыгына, жогорку натыйжалуулугуна (болжол менен 99%) жана узак кызмат мөөнөтүнө ээ окшойт.
Эмнеси туура эмес? Биз алган кайра жаралуучу энергия өсө бергендиктен, литий-иондук батареялардын энергия тыгыздыгы жетишсиз болуп калды.
Батареяларды партиялар менен чыгара бергендиктен, бул чоң маселе эместей сезилет, бирок көйгөй литий салыштырмалуу сейрек кездешүүчү металл болгондуктан, анын баасы төмөн эместигинде. Батарея өндүрүү чыгымдары төмөндөп жатканы менен, энергияны сактоого болгон муктаждык да тездик менен өсүп жатат.
Биз литий-иондук батарея өндүрүлгөндөн кийин, ал энергетика тармагына чоң таасирин тийгизе турган чекитке жеттик.
Казылып алынган отундун энергия тыгыздыгынын жогору экени чындык жана бул кайра жаралуучу энергияга толук көз карандылыкка өтүүгө тоскоол болгон чоң таасир этүүчү фактор. Бизге салмагыбыздан көбүрөөк энергия бөлүп чыгарган батареялар керек.
Литий-иондук батареялар кантип иштейт
Литий батареяларынын иштөө механизми кадимки AA же AAA химиялык батареяларына окшош. Аларда анод жана катод терминалдары, ошондой эле ортосунда электролит бар. Кадимки батареялардан айырмаланып, литий-иондук батареядагы разряд реакциясы кайтарымдуу, ошондуктан батареяны кайра-кайра заряддоого болот.
Катод (+ терминал) литий темир фосфатынан, анод (-терминал) графиттен, ал эми графит көмүртектен жасалган. Электр энергиясы – бул жөн гана электрондордун агымы. Бул батареялар литий иондорун анод менен катоддун ортосунда жылдыруу менен электр энергиясын өндүрөт.
Заряддалганда иондор анодго, ал эми разряддалганда катодго жылышат.
Иондордун бул кыймылы чынжырдагы электрондордун кыймылын шарттайт, ошондуктан литий ионунун кыймылы жана электрондордун кыймылы бири-бири менен байланыштуу.
Кремний аноддук батарея
BMW сыяктуу көптөгөн ири автоунаа компаниялары кремний аноддук батареяларды иштеп чыгууга инвестиция салып келишет. Кадимки литий-иондук батареялар сыяктуу эле, бул батареялар литий аноддорун колдонушат, бирок көмүртек негизиндеги аноддордун ордуна алар кремнийди колдонушат.
Анод катары кремний графитке караганда жакшыраак, анткени ал литийди кармоо үчүн 4 көмүртек атомун талап кылат, ал эми 1 кремний атому 4 литий ионун кармай алат. Бул чоң жаңыртуу... кремнийди графитке караганда 3 эсе күчтүү кылат.
Ошого карабастан, литийди колдонуу дагы эле эки миздүү кылыч. Бул материал дагы эле кымбат, бирок өндүрүштүк кубаттуулуктарды кремний элементтерине өткөрүү да оңой. Эгерде батареялар таптакыр башкача болсо, заводду толугу менен кайра долбоорлоого туура келет, бул которуунун жагымдуулугун бир аз төмөндөтөт.
Кремний аноддору кумду тазалоо менен таза кремнийди алуу жолу менен жасалат, бирок изилдөөчүлөр учурда туш болуп жаткан эң чоң көйгөй - кремний аноддору колдонулганда шишип кетет. Бул батареянын өтө тез бузулушуна алып келиши мүмкүн. Аноддорду массалык түрдө өндүрүү да кыйын.
Графен батареясы
Графен – бул карандаш сыяктуу эле материалды колдонгон көмүртек кабырчыктарынын бир түрү, бирок графитти кабырчыктарга бекитүү көп убакытты талап кылат. Графен көптөгөн колдонуу учурларында эң сонун иштеши үчүн макталат жана батарейкалар алардын бири.
Айрым компаниялар литий-иондук батареяларга караганда бир нече мүнөттүн ичинде толук кубатталып, 33 эсе тез разряддала турган графен батареяларынын үстүндө иштеп жатышат. Бул электромобилдер үчүн абдан пайдалуу.
Көбүктүү батарея
Учурда салттуу батареялар эки өлчөмдүү. Алар литий батареясы сыяктуу кабатталып же кадимки AA же литий-иондук батарея сыяктуу оролуп турат.
Көбүктүү батарея - бул электр зарядынын 3D мейкиндигиндеги кыймылын камтыган жаңы түшүнүк.
Бул 3 өлчөмдүү түзүлүш кубаттоо убактысын тездетип, энергия тыгыздыгын жогорулата алат, булар батареянын өтө маанилүү сапаттары. Башка көпчүлүк батареяларга салыштырмалуу, көбүктүү батареяларда зыяндуу суюк электролиттер жок.
Көбүктүү батареялар суюк электролиттердин ордуна катуу электролиттерди колдонушат. Бул электролит литий иондорун гана өткөрбөстөн, башка электрондук түзүлүштөрдү да изоляциялайт.
Батареянын терс зарядын кармап турган анод көбүктүү жезден жасалган жана керектүү активдүү материал менен капталган.
Андан кийин аноддун айланасына катуу электролит колдонулат.
Акырында, батарейканын ичиндеги боштуктарды толтуруу үчүн "позитивдүү паста" деп аталган нерсе колдонулат.
Алюминий кычкылы батареясы
Бул батареялардын энергия тыгыздыгы башка батареялардын ичинен эң чоң. Анын энергиясы азыркы литий-иондук батареяларга караганда күчтүүрөөк жана жеңилирээк. Айрымдар бул батареялар 2000 километр электр унааларын камсыздай алат деп ырасташат. Бул эмне деген түшүнүк? Маалымат үчүн, Teslaнын максималдуу жүрүү аралыгы болжол менен 600 километрди түзөт.
Бул батареялардын көйгөйү аларды заряддоого мүмкүн эместигинде. Алар алюминий гидроксидин өндүрүп, суу негизиндеги электролиттеги алюминий менен кычкылтектин реакциясы аркылуу энергия бөлүп чыгарат. Батареяларды колдонууда алюминий анод катары колдонулат.
Натрий батареясы
Учурда жапон окумуштуулары литийдин ордуна натрийди колдонгон батареяларды жасоонун үстүндө иштеп жатышат.
Бул чоң көйгөй жаратат, анткени натрий батареялары теориялык жактан литий батареяларына караганда 7 эсе натыйжалуураак. Дагы бир чоң артыкчылыгы - натрий сейрек кездешүүчү элемент болгон литийге салыштырмалуу жер запастарында алтынчы орунда турат.
Жарыяланган убактысы: 2019-жылдын 2-декабры